Металлургические предприятия Южного Урала производят около 30% российского чугуна, стали и проката в условиях дефицита железорудного сырья и возрастающих затрат на его доставку.

Существующая рудная база Южного Урала практически полностью освоена. Однако, регион обладает значительными запасами руд, требующих комплексной переработки с использованием инновационных технологий.

Направления исследования (цели, задачи)

Цели исследования:

Эффективных технологий в металлургии, обеспечивающих использование комплексных руд, возможность производства качественных сталей и сплавов на основе требований к их физико-механическим свойствам и химическому составу.

Получение материалов с уникальными свойствами, повышение качества продукции и эффективности металлургического производства на основе исключения затратных переделов.

Создание эффективных энергоблоков, линий электропередач, автома-тизированных систем управления энергоресурсами в металлургии.

Направления:

1. Направление «Выращивание монокристаллических материалов»

Основная работа направлена на получение и изучение свойств магнитных и пьезоэлектрических монокристаллов.

2. Направление «Построение термокинетической диаграммы стали марки 80»

Сталь высокоуглеродистых марок широко используется при производстве канатов, пружин, высокопрочной арматуры и металлокорда. В последнее время среди производителей этих видов продукции наметилась устойчивая тенденция к переходу на марки стали с повышенным содержанием углерода. Сталь марки 70 традиционно используемая при производстве канатов и металлокорда все чаще уступает место стали марки 80, 85, а то и 90. Связано это с необходимостью повышения прочности получаемых изделий при снижении их массы. В связи с этим представляет большой практический интерес построение термокинетических диаграмм высокоуглеродистых конструкционных марок стали полученных на современном металлургическом оборудовании.

3. Направление «Разработка ресурсосберегающих технологий вяжущих, клеев и ячеистых жаростойких бетонов на основе высокоглиноземистых промышленных отходов»

Работы проводились по двум основным направлениям:

  • ресурсосбережение в технологии высокоглиноземистых огнеупорных вяжущих и заполнителей на основе отходов металлургии;
  • получение ячеистых жаростойких бетонов для высокотемпературной теплоизоляции, твердеющих в режиме самораспространяющейся экзотермической реакции, на основе высокоглиноземистых промышленных отходов.

4. Направление «Разработка новых способов противофлокенной обработки поковок и устранение водородного охрупчивания сталей»

5. Направление «Разработка состава высокопрочных сталей нового поколения для магистральных газопроводов»

6. Направление «Разработка новых материалов для авиакосмической промышленности и прогнозирование долговечности их эксплуатации и хранения»

7. Направление «Исследование и моделирование кинетики фазовых превращений в сплавах железа с целью оптимизации их составов и режимов термической обработки»

8. Направление "Формирование термохимически устойчивых систем при литье тугоплавких и химически активных сплавов"

Интерметаллидные титан-алюминиевые сплавы являются перспективным материалом для производства литых деталей авиационно-космической техники благодаря комплексу уникальных свойств – невысокой плотности, высокому сопротивлению окислению, ползучести, высокой удельной прочности и модулю упругости, сохраняющимся до температур порядка 850 °С.

Основная работа направлена на исследование процессов формообразования для литья интерметаллидных титан-алюминиевых сплавов на установке "Titancast" c применением комплекта оборудования для определения свойств сыпучих материалов и пористых тел и программно-технического комплекса для изготовления сложнопрофильных отливок с использованием СКМ ЛП "Procast" для моделирования гидравлических и кристаллизационных процессов в литейной форме.

Достигнутые результаты

По направлению «Оптимизация режима сварки» была разработана математическая модель расчета режима многодуговой сварки от 2-х до 5-ти дуг, что позволяет, отказаться от эмпирического подхода и множества дорогостоящих экспериментов. Методика не имеет аналогов в России и за рубежом. Планируется внедрение методики на ОАО «ЧТПЗ». Проведены эксперименты на Gleeble System 3800. Полученные данные являются основой для создания нового теоретического подхода к расчету вероятности образования трещин в крупных стальных отливках и сварных соединениях.

По направлению «Разработка новых способов противофлокенной обработки поковок и устранение водородного охрупчивания сталей» в отчетном периоде 2014 г. продолжено первопринципное моделирование взаимодействия атомов водорода с межфазными границами. На специально сконструированной установке совместно с ОАО «ЧМК» изучена кинетика выделения водорода из предварительно наводороженных образцов стали 40ХГМ. Был разработан метод расчёта остаточных напряжений при охлаждении стальных поковок с учётом эффектов релаксации для оценки их влияния на образование флокенов. Экспериментально изучена ползучесть среднеуглеродистой легированной стали, используемой для изготовления крупных поковок, и на основании полученных данных построена эмпирическая функциональная зависимость деформации ползучести от температуры и времени.

По направлению «Разработка состава высокопрочных сталей нового поколения для магистральных газопроводов» были определены факторы, влияющие на склонность к деформационному старению сталей с феррито-бейнитной структурой. Экспериментально изучено изменение механических свойств при растяжении и ударной вязкости промышленной трубной стали 06Г2ФБ с феррито-бейнитной структурой в ходе старения при 250 °C. Созданы рекомендации по использованию труб из сталей с феррито-бейнитной структурой в различных условиях эксплуатации.

По направлению «Исследование и моделирование кинетики фазовых превращений в сплавах железа с целью оптимизации их составов и режимов термической обработки» были произведены теоретические разработки: продолжены работы по первопринципному моделированию состояния и поведения атомов примесей внедрения (углерода и азота) в твёрдых растворах на основе железа — совместно с кафедрой общей и теоретической физики. Проведены эксперименты: исследовано сопротивление деформации центробежнолитой трубной заготовки из аустенитной стали типа 08Х18Н10Т в условиях горячей осадки на исследовательском комплексе Gleeble 3800.

По направлению «Создание композиционных материалов с повышенными механическими свойствами» были определены предельные концентрации вводимых частиц в отливки при которых возможно получение высоко-износостойких отливок. Проведены эксперименты: внедрение дисперсных частиц карбидов вольфрама, титана, и также оксидов иттрия в газифицированные модели в различных концентрациях, а также при получении центробежно-литых заготовок.

По направлению «Формирование термохимически устойчивых систем при литье тугоплавких и химически активных сплавов»были произведены теоретические разработки: рассчитаны нестационарные температурные поля в системе «металл-форма», изучены кинетические и термодинамические закономерности поведения компонентов литейных форм, тиглей, сплавов в условиях вакуума и защитных атмосфер, исследован механизм их взаимодействия, рассчитаны свойства защитных атмосфер из инертных газов. Проведены эксперименты: исследованы процессы формообразования для литья интерметаллидных титан-алюминиевых сплавов на установке "Titancast" c применением комплекта оборудования для определения свойств сыпучих материалов и пористых тел и программно-технического комплекса для изготовления сложнопрофильных отливок с использованием СКМ ЛП "Procast".

По направлению «Сорбционные технологии для ликвидации последствий техногенных катастроф» разработан состав и технология изготовления фотокатализатора на основе инертного носителя с регулируемой плотностью и привитых на его поверхности активных фотокаталитических наноцентров. Фотокатализатор предназначен для использования при ликвидации разливов нефтепродуктов в природной среде и очистки загрязненных тяжелыми металлами водоемах. Разработана теоретическая модель функционирования композиционных сорбционно-фотокаталитических систем в режиме саморегулирования.

По направлению «Получение функциональных монокристаллических материалов» в отчетный период были выращены образцы монокристаллов гексаферрита бария, легированного Al, Ti, Co, Ni, Zn, Cu, W, Cr, Si, Mn. Изучены состав, структура и свойства выращенных образцов.

По направлению «Развитие и совершенствование технологии металлотермического восстановления тугоплавких металлов»  ведутся работы по получению феррониобия. Создана оригинальная инновационная конструкция печи, позволяющая отводить выделяющиеся при кристаллизации газы, ликвидировать выбросы металла и шлака, повысить выход годного до 95-98%. В перспективе – развитие вакуумирования процесса металлотермии.

По направлению «Термодинамика процессов легирования, рафинирования и модифицирования стали щелочно-земельными и редкоземельными металлами» развитие получили методы термодинамического анализа процессов раскисления, десульфурации, модифицирования стали щелочноземельными металлами, включая барий, и РЗМ. Создана система анализа фазовых равновесий для условий проведения рафинирования цветных металлов. Эти работы носят совершенно оригинальный характер, не имеющий аналогов в мировой научной литературе. В ближайшее время будет рассмотрены влияние отдельных РЗМ на свойства и установлено их влияние на свойства матрицы. По материалам работы издана монография в издательском доме МИСИС.

По направлению «Создание конструкционных материалов с повышенной обрабатываемостью»,  что достигается за счет введения в металлы на стадии разливки таких элементов как висмут и олово, заменяющие традиционно используемый свинец, запущена в эксплуатацию печь высокого давления, позволяющая вести плавку металла с контролируемой атмосфере при задаваемом давлении; проведена серия экспериментов по получению новых материалов при помощи закупленного и установленного плавильного оборудования; начаты  исследования полученного материала с повышенной обрабатываемостью.

По направлению «Исследование процессов горячей деформации трубных сталей» выполнено физическое моделирование процессов горячей деформации сталей 20Х13, 15Х13Н2 и 04Ч13Н4М2, используемых для производства бесшовных труб; проведены микроструктурные исследования и определены условия протекания динамической и статической рекристаллизации в исследуемых сталях.

По направлению «Изучение деформационного поведения жаропрочных хромоникелевых сплавов в условиях горячей деформации» проведено экспериментальное изучение деформационных характеристик жаропрочных хромоникелевых сплавов ХН78Т, ХН60ВТ, ХН35В3ФТ в условиях горячей деформации одноосной осадкой и растяжением; оценены энергии активации процессов, контролирующих горячую деформацию исследуемого сплава; получены аналитические выражения для пиковых и установившихся напряжений деформирования в виде функций параметров Зинера-Холломона

По направлению «Изучение кинетики фазовых превращений в сталях в условиях непрерывного охлаждения» построены термокинетические диаграммы распада аустенита в зоне термического влияния малоуглеродистых трубных сталей; построены термокинетические диаграммы распада аустенита высокоуглеродистых рельсовых сталей. За 2014 год выполнялись работы в рамках хозяйственных договоров с ОАО «Мечел», ОАО «ЧТПЗ», ОАО «РосНИТИ», ОАО «Композит», ОАО «Трубодеталь». Опубликованы две статьи, подготовлены к печати четыре научных работы.

По направлению «Термодинамический анализ фазовых равновесий, реализующихся в системах «жидкий металл-сопряженные вещества», являющихся основой перспективных технологий» разработаны адаптированные методики термодинамического анализа фазовых равновесий, реализующихся в ходе процессов образования различных неорганических соединений в металлических расплавах сложного состава.

По направлению «Анализ фазовых равновесий в многокомпонентных системах, сопряженных с металлическими расплавами»впервые получены экспериментальные по равновесным составам сопряженных фаз, диаграммы систем Cu-S-Me (где Me – Ni, Zn, Fe), Pb-Te-Na, Pb-R-O (где R – As, Sb, Zn, Ca, Mg), Cu-Zr-O, Cu-Zn-Sn-Pb-P-O.

Направление «Разработка ресурсосберегающих технологий вяжущих, клеев и ячеистых жаростойких бетонов на основе высокоглиноземистых промышленных отходов»: исследовано совместное влияние добавок указанных шлаков и суперпластификаторов на основе эфиров поликарбоксилатов (Melflux 1641, 2641, 2651, PP200) на особенности гидратации вяжущего, а также на его основные свойства. Установлено, что обеспечивается эффективное замедление схватывания вяжущего с сохранением высоких прочностных и огнеупорных свойств. Разработаны огнеупорные шлаковые вяжущие с пределом прочности при сжатии 30-50 МПа в 7 сут возрасте, с огнеупорностью 1500-1650С. 

Лаборатории мирового уровня ПНР-2

Наименование товара, работы, услуги Год закупки Место размещения (корпус, комната) Наименование подразделения ФИО руководителя подразделения Телефон и e-mail руководителя подразделения
Научно-технологический комплекс получения тугоплавких и активных металлических порошков для установок выборочного лазерного спекания  2012 Компрессорная кафедры ДЛА, двор 2-го корпуса АК Кафедра «Двигатели летательных аппаратов» Сафонов Е.В. 8(351) 267-91-22
Комплектная печная система для определения потерь при прокаливании в процессе обжига  2012 454080, г.Челябинск, ул.Коммуны,141, к.1 ауд. 108 Кафедра «Строительные материалы» Трофимов Б.Я. 8(351)267-94-72
Прибор для определения газопроницаемости кернов из пористых материалов, удельной поверхности порошков и среднемассового размера частиц  2012 454080, г.Челябинск, ул.Коммуны,141, к.1 ауд. 108 Кафедра «Строительные материалы» Трофимов Б.Я. 8(351)267-94-72
Комплект высокотемпературной печи с набором футеровочных плит и нагревателей  2012 454080, г.Челябинск, ул.Коммуны,141, к.1 ауд. 108 Кафедра «Строительные материалы» Трофимов Б.Я. 8(351)267-94-72
Мельница шаровая для мокрого и сухого тонкого измельчения проб руд и других материалов в периодическом режиме  2012 454080, г.Челябинск, ул.Коммуны,141, к.1 ауд. 108 Кафедра «Строительные материалы» Трофимов Б.Я. 8(351)267-94-72
Комплекс плавильного оборудования 2011 г. Златоуст, Пл. 3-го интернационала, УЛК ауд.124 Кафедра «Общая металлургия» Чуманов И.В. 8(3513)66-58-29
Металлографический инвертированный микроскоп 2011 г. Златоуст, Пл. 3-го интернационала, УЛК ауд.124 Кафедра «Общая металлургия» Чуманов И.В. 8(3513)66-58-29
Комплект оборудования для подготовки образцов к материалографическим исследованиям 2011 г. Златоуст, Пл. 3-го интернационала, УЛК ауд.124 Кафедра «Общая металлургия» Чуманов И.В. 8(3513)66-58-29
Ленточнопильный станок 2011 г. Златоуст, Пл. 3-го интернационала, УЛК ауд.124 Кафедра «Общая металлургия» Чуманов И.В. 8(3513)66-58-29
Комплект оборудования для определения химического состава сплавов черных и цветных металлов на базе эмиссионного универсального настольного спектрометра 2010 г.Челябинск, ул. Коммуны , ауд. 103/л/к, г.Златоуст, ул.Тургенева 16, ауд. 2-306 Кафедры «Литейное производство», «Общая металлургия» Кулаков Б.А.           Чуманов И.В. 8(351) 267-90-96 8(3513) 66-58-29
Аппаратно-программный комплекс для анализа сложных многокомпонентных смесей на базе жидкостного хроматографа 2010 г. Челябинск, пр. Ленина 87, ауд. 521/3а Кафедра «Безопасность жизнедеятельности» Сидоров А.И. 8(351)267-94-49
Прибор дисперсионного анализа 2010 г. Челябинск, пр. Ленина 87, ауд. 517/3а Кафедра  «Безопасность жизнедеятельности» Сидоров А.И. 8(351)267-94-49
Аппаратно-программный комплекс для анализа сложных многокомпонентных смесей на базе газового хроматографа 2010 г. Челябинск, пр. Ленина 87, ауд. 521/3а Кафедра  «Безопасность жизнедеятельности» Сидоров А.И. 8(351)267-94-49
Комплект оборудования для определения концентрации серы и углерода в металле  2011  г.Челябинск, пр.Ленина,76,ГУК ауд.333 Кафедра «Физическая химия» Михайлов Г.Г 8(351)265-62-05
Система получения сверхчистой  воды  2012 454080, г.Челябинск, пр.Ленина, д.76, ауд. 415 Кафедра «Физическая химия» Михайлов Г.Г. 8(351)265-62-05
Система для очистки кислот  2012 454080, г.Челябинск, пр.Ленина, д.76, ауд. 415 Кафедра «Физическая химия» Михайлов Г.Г. 8(351)265-62-05
Программно-аппаратный комплекс для моделирования процессов сварки и получения сварных металлоконструкций роботизированной сваркой 2014 г.Челябинск, ул.Коммуны,143 ауд.103 Кафедра «Оборудование и технология сварочного производства» Иванов М.А. 8(351)267-93-98
Комплекс оборудования для лаборатории механических испытаний для определения конструкционной прочности металлов и сплавов 2010 г. Челябинск, пр. Ленина 76, ауд. 230, 302, г. Златоуст, ул. Тургенева 16, ауд. 2-103 Кафедра «Физическое металловедение и физика твердого тела» Корягин Ю.Д. 8(351)267-90-13
Электрические камерные печи 2010 г. Челябинск, пр. Ленина 76, ауд. 230 Кафедра «Физическое металловедение и физика твердого тела» Корягин Ю.Д. 8(351)267-90-13
Испытательный комплекс для моделирования металлургических процессов  термомеханической обработки металлов и сплавов  2011 г.Челябирск,пр.Ленина 76,  Кафедра «Физическое металловедение и физика твердого тела» Корягин Ю.Д. 8(351)267-90-13
Испытательный комплекс для моделирования процессов термомеханической обработки металлов и сплавов в условиях сложных схем деформации  2011 г.Челябирск,пр.Ленина 76,  Кафедра «Физическое металловедение и физика твердого тела» Корягин Ю.Д. 8(351)267-90-13
Комплект оборудования для подготовки образцов к материаловедческим исследованиям  2011 пр.Ленина,76,ГУК ауд.301 Кафедра «Физическое металловедение и физика твердого тела» Корягин Ю.Д. 8(351)267-90-13
Комплект цифрового оборудования для проведения микроструктурного анализа 2012 г.Челябинск, пр.Ленина,76,ГУК ауд.301 Кафедра «Физическое металловедение и физика твердого тела» Корягин Ю.Д. 8(351)267-90-13
Печь для термообработки в защитной атмосфере 2012  г.Челябинск, ул.Коммуны, 141, ауд.112 Кафедра «Физическое металловедение и физика твердого тела» Корягин Ю.Д. 8(351)267-90-13
Комплект оборудования для определения свойств сыпучих материалов и пористых тел  2012  г.Челябинск, ул.Коммуны, 141, ауд.103 л Кафедра «Металлургия и литейное производство» Кулаков Б.А. 8(351)267-90-96
Вакуумная плавильно-заливочная система для цветных металлов и сплавов, в том числе титановых 2012  г.Челябинск, ул.Коммуны, 141, ауд.101 л Кафедра «Металлургия и литейное производство» Кулаков Б.А. 8(351)267-90-96
Программно-технический комплекс для компьютерного моделирования и разработки на его основе процессов литья и изготовления по созданным технологиям сложнопрофильных тонкостенных отливок ответственного назначения из цветных сплавов 2012  г.Челябинск, ул.Коммуны, 141, ауд.101 л Кафедра «Металлургия и литейное производство» Кулаков Б.А. 8(351)267-90-96
Магнитный сепаратор   2013 г.Челябинск, пр.Ленина, д.76, ауд 117 Кафедра «Металлургия и литейное производство» Кулаков Б.А. 8(351)267-39-42
Комплект оборудования для контроля качества свойств формовочных и стержневых смесей, используемых в литейном производстве 2014 г.Челябинск, ул.Коммуны,141 ауд.105 Кафедра «Металлургия и литейное производство» Кулаков Б.А. 8(351)267-90-96